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浅谈爬行腐蚀现象(二)

2020.10.05
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王辉

致力于为分析测试行业奉献终身

三、爬行腐蚀的影响因素

1.大气环境因素的影响作为大气环境中促进电子设备腐蚀的元素和气体,被列举的有:SO2、NO2、H2S、O2、HCl、Cl2、NH3等,腐蚀性气体成分的室内浓度、蓄积速度、发生源、影响和容易受影响的材料及容许浓度如表1所示。上述气体一溶入水中,就容易形成腐蚀性的酸或盐。表1

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2.湿度根据爬行腐蚀的溶解/扩散/沉积机理,湿度的增加应该会加速硫化腐蚀的发生。

Ping Zhao等人认为,爬行腐蚀的速率与湿度成指数关系。Craig Hillman等人在混合气体实验研究中发现,随着相对湿度的上升,腐蚀速率急剧增加,呈抛物线状。以Cu为例,当湿度从60%RH增加到80%RH时,其腐蚀速率后者为前者的3.6倍。

3.基材和镀层材料的影响

Conrad研究了黄铜、青铜、CuNi三种基材,Au/Pd/SnPb三种镀层结构下的腐蚀速率,实验气氛为干/湿硫化氢。结果发现:基材中黄铜抗爬行腐蚀能力最好,CuNi最差;表面处理中SnPb是最不容易腐蚀的,Au、Pd表面上腐蚀产物爬行距离最长。

Alcatel-Lucent、Dell、Rockwell Automation等公司研究了不同表面处理单板抗爬行腐蚀能力,认为HASL、Im-Sn抗腐蚀能力最好,OSP、ENIG适中,Im-Ag最差。Alcatel-Lucent认为各表面处理抗腐蚀能力排序如下:ImSn~HASL5ENIG>OSP>ImAg化学银本身并不会造成爬行腐蚀。但爬行腐蚀在化学银表面处理中发生的概率却更高,这是因为化学银的PCB露Cu或表面微孔更为严重,露出来的Cu被腐蚀的概率比较高。

4.焊盘定义的影响

Dell的Randy研究认为,当焊盘为阻焊掩膜定义(SMD)时,由于绿油侧蚀存在,PCB露铜会较为严重,因而更容易腐蚀。采用非阻焊掩膜(NSMD)定义方式时,可有效提高焊盘的抗腐蚀能力。

5.单板组装的影响。

① 再流焊接:再流的热冲击会造成绿油局部产生微小剥离,或某些表面处理的破坏(如OSP),使电子产品露铜更严重,爬行腐蚀风险增加。由于无铅再流温度更高,故此问题尤其值得关注。

② 波峰焊接:据报导,在某爬行腐蚀失效的案例中,腐蚀点均发生在夹具波峰焊的阴影区域周围,因此认为助焊剂残留对爬行腐蚀有加速作用。其可能的原因是:●助焊剂残留比较容易吸潮,造成局部相对湿度增加,反应速率加快;●助焊剂中含有大量污染离子,酸性的H+还可以分解铜的氧化物,因此也会对腐蚀有一定的加速作用。四、对爬行腐蚀的防护措施随着全球工业化的发展,大气将进一步恶化,爬行腐蚀将越来越受到电子产品业界的普遍关注。

归纳对爬行腐蚀的防护措施主要有:(1)采用三防涂敷无疑是防止PCBA腐蚀的最有效措施;(2)设计和工艺上要减小PCB、元器件露铜的概率;(3)组装过程要尽力减少热冲击及污染离子残留;(4)整机设计要加强温、湿度的控制;(5)机房选址应避开明显的硫污染。五、爬行腐蚀、离子迁移枝晶及CAF等的异同马里兰大学较早研究了翼型引脚器件上的爬行腐蚀,并对腐蚀机理进行了初步的探讨。与离子迁移枝晶、CAF类似,爬行腐蚀也是一个传质的过程,但三者发生的场景、生成的产物及导致的失效模式并不完全相同,具体对比如表2所示。表2

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根据樊融融编著的现代电子装联工艺可靠性改编


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